企業供電系統諧波的處理策略

史永輝 張學鵬

摘要：諧波廣泛存在于企業的供電系統中，諧波的產生會對電網的供電質量和供電安全造成嚴重影響。因此，研究和探討企業供電系統諧波的有效處理策略，最大程度地降低諧波對供電系統的危害程度，減少企業因供電系統諧波而遭受的損失，具有非常重要的現實意義。基于此，本文在分析企業供電系統諧波危害的基礎上，提出了幾條處理企業供電系統諧波的有效策略，希望本文能為提高我國企業供電系統諧波處理水平提供一些有益的參考和借鑒。

關鍵詞：供電系統;諧波;處理策略

干凈理想的供電系統能為企業提供工頻恒定的正弦波電壓，但在企業供電系統的實際運行中，因存在具有阻抗特性的非線性用電設備，當施加電壓與流過電流不呈線性關系時，供電系統中就會產生非正弧波電流。所有波形電壓都可分解成一個基頻正弧波加上基頻整數倍的一系列分量，該分量統稱為諧波。諧波的產生會使部分設備發生故障，進而導致生產安全事故。因此，企業應高度重視供電系統諧波問題，強化對電能質量的管理，采取多種措施有效抑制諧波產生的源頭，不斷提高供電系統的純凈度，為企業生產提供優質可靠的電源。

一、企業供電系統諧波的危害

（一）對設備的危害

電力設備主要是指電力變壓器和電力電容器，諧波會嚴重危害這些設備的正常運行。當電容器兩端存在諧波電壓時，由于諧波頻率較高，電容器無法阻抗諧波，會使電容器電流增大，溫度增高，進而導致損耗系數增大，附加損耗增加，極易引發電氣設備故障，縮短電容器使用壽命，甚至有可能因電容器負荷太大而引發爆炸。另外，在諧波與電容器的共同作用下，有可能導致電力諧波諧振，增大諧波的危害程度。

（二）對線路的危害

諧波會對線路運行的穩定性造成影響。為確保設備和線路安全性，使線路能夠穩定運行，企業在電力線路中增設了很多繼電保護裝置、低壓開關設備等。而受到諧波的影響，上述根據基波量設定的靈敏度較高的自動保護裝置，如復合電壓啟動的過電流保護裝置、母線差動保護元件、自動準同期裝置、故障錄波器等很可能出現誤動或拒動，將嚴重威脅供配電系統的安全穩定運行。此外，還可能影響各種斷路器功能的正常發揮，諧波電流可增加斷路器的銅耗和鐵耗，使其發熱，導致額定電流降低、脫扣困難、脫扣電流降低等異常現象，從而產生不動作或誤動作。

二、企業供電系統諧波的處理

（一）改造諧波源

要想消除供電系統諧波，最根本的辦法就是消除諧波產生的根源。諧波產生的來源主要是各種非線性元件，所以企業首先應從電子裝置入手，設法降低諧波產生的可能性。通過測試發現，增加變流裝置周期可減少脈動次數，消減起伏的幅值，從技術層面達到消減諧波源的目的。使用該方法時應借助波段測試裝置，通過技術方式對異常波段進行干預。另外，將高頻率因數整流器運用到供電系統中，也可對諧波源進行自動改造。

（二）科學選擇變壓器

變壓器中的很多非線性元件都會產生大量諧波。因此，選擇變壓器時，應選擇合理正確的接線方式，從而有效阻止3N次諧波電流和不平衡電力，避免諧波通過原邊傳至供電系統中。在企業經常使用的三角形（星形）變壓器中，不平衡電力和3N次諧波電流僅在初級繞組里循環流動，不會進入供電系統中。為保證三角形變壓器的正常運作，一定要按照負載確定變壓器額定容量，并為諧波畸變留出裕量，避免因諧波導致變壓器發熱，進而造成變壓器損壞。

（三）科學選擇電纜線

在選擇電纜線時必須先考慮電纜截面，因供電系統中存在諧波會導致電纜發熱，因此凡是諧波可擾動的設備一定要合理選擇配線，需運用有關公式對電力承載流量時所需的裕量值進行計算。影響裕量值的因素主要包括斜長、弧垂、接續等。以接續為例，搭接電線必然會增加裕量，并會受到接線工藝和導地線長度的影響，通常情況下接線長度不宜超過1.1米，如果按照接地導線長2000米來計算，那么會導致不到0.06%的裕量增量。

（四）實施諧波補償

針對礦業企業來說，諧波產生的來源主要是大功率提升機械、通風機械、傳輸機器等，在生產運行過程中容易生成嚴重的高次諧波污染。所以，要想減少變壓器造成的諧波，需要再增加諧波補償裝置，以保證電流以正弦波方式輸送。目前，在變頻器母線上增加五次單調諧濾波器是最為常見的方式，同時采取角形接線，對于單項則采用一串七并的方式。

（五）科學選擇整流器

選擇整流器時，最好選擇脈動數或整流相數多的整流器，這樣能在很大程度上減少低次特征諧波，降低諧波源產生的諧波含量，因此在設計過程中應充分考慮到這一點。在供電系統中，整流器是產生諧波較多的裝置之一，其在交流側生成的高次諧波是tk±1次諧波，例如，整流裝置為6脈動時，諧波次數是n=6K±1，假如增至12脈動，則諧波的次數為n=12K±1，如此則能消除5、7等次諧波，所以增加整流器的脈動數或整流相數，能對低次諧波起到抑制作用。不過，該方法盡管在理論上是成立的，但在實際運用過程中會耗費大量資金，并且消除諧波的效果也不明顯，所以一般情況下僅在大容量整流裝置中使用該種方法。

三、結語

總而言之，為確保企業正常、安全生產，必須高度重視供電系統諧波問題，有效抑制諧波產生的根源，可采取改造諧波源、科學選擇變壓器、科學選擇電纜線、實施諧波補償、科學選擇整流器等多項有效措施，有效預防供電系統諧波給企業生產帶來的危害，確保企業實現健康有序運行的目的。

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